JP4391467B2 - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4391467B2 JP4391467B2 JP2005329451A JP2005329451A JP4391467B2 JP 4391467 B2 JP4391467 B2 JP 4391467B2 JP 2005329451 A JP2005329451 A JP 2005329451A JP 2005329451 A JP2005329451 A JP 2005329451A JP 4391467 B2 JP4391467 B2 JP 4391467B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bimetal
- secondary battery
- lithium secondary
- safety vent
- battery according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 109
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims description 109
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 23
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 21
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 15
- 229920006300 shrink film Polymers 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920002302 Nylon 6,6 Polymers 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920006257 Heat-shrinkable film Polymers 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 6
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 6
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 2
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
- H01M50/317—Re-sealable arrangements
- H01M50/325—Re-sealable arrangements comprising deformable valve members, e.g. elastic or flexible valve members
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
- H01M2200/106—PTC
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
Description
本発明はリチウム二次電池に係り，より詳しくは，バイメタルを含み，二次電池の異常作動の際，二次電池の内部で発生する内圧または熱により作動して電流の流れを遮断する電流遮断手段を備えることにより，リチウム二次電池の安定性を向上させたリチウム二次電池に関するものである。
リチウム二次電池は，外形によって，円筒形リチウム二次電池と角形リチウム二次電池に大別される。円筒形リチウム二次電池は，過充電または異常作動により電池の内部圧力が規定値以上に上昇して爆発の危険性があるとき，キャップ組立体で二次電池の内部電流を遮断して，それ以上の反応が起こらないようにすることにより，リチウム二次電池の安定性を向上させている。
このような円筒形二次電池のキャップ組立体の構造は，特許文献１に開示されている。特許文献１によると，円筒形リチウム二次電池は，外形を形成する円筒形ケースと，このケースの上端開口部に絶縁ガスケットを介して結合，密封されるキャップ組立体とからなる。上記円筒形ケースは，内部に陽極板，陰極板，および上記陽極板と上記陰極板間に介設されたセパレータがゼリーロール状に巻き回された電極組立体と電解液を収容する。
上記キャップ組立体は，安全ベント，電流遮断手段，二次保護素子およびターミナルキャップ（またはキャップアップ（Cap Up））を含んでなる。上記安全ベントは板状のものであって，中央に下方に突出する突出部が設けられ，上記キャップ組立体の内側に位置し，二次電池の内部で発生した圧力により突出部が外側に変形することになる。上記安全ベントの内面の所定位置には，電極組立体の陽極板および陰極板のいずれか一方，たとえば陽極板から引き出された陽極タブが溶接され，上記安全ベントと上記電極組立体の陽極板が電気的に連結される。ここで，陽極板および陰極板のうち，他方，たとえば陰極は図示せずタブもしくは直接接触方式によりケースに電気的に連結される。
上記電流遮断手段（Current Interrupt Device；以下“ＣＩＤ”という）は上記安全ベントの外側に設けられ，上記安全ベントに流れる電流を上記二次保護素子に流れるようにする。しかし，二次電池が異常に作動し二次電池の内部圧力が規定値以上に上昇する場合，上記安全ベントの突出部が外側に変形され，電流遮断手段が突出部により破壊されて電流の流れが破れる。
従来の電流遮断手段は，円形の外側リングと，上記外側リングの中央を横切るバーとを含む形状に形成され，上記バーの中央にビアホールを有する絶縁プリント基板と，上記絶縁プリント基板の外側および内側にそれぞれ設けられた導電薄膜とを含んでなる。上記導電薄膜のうち，外側導電薄膜の基端部は上記絶縁プリント基板の外側リングに連結されるが，先端部は外側リングに連結されないように形成される。一方，上記内側導電薄膜の基端部は外側リングに連結されなく，先端部が外側リングに連結される。上記ビアホールの内部には，銅のような導電金属で導電層が形成され，上記外側および内側の導電薄膜を電気的に連結する。
ここで，上記バーが容易に破断できるように，上記ビアホールが形成された部分の両側面に破断部が形成される。
上記電流遮断手段は，上記安全ベントの突出部に上記ビアホールが接触しながら通過するように，設置される。上記安全ベントの突出部が外側に突出するとき，その突出力により，ビアホールを中心に上記電流遮断手段のバーが破壊されることにより，ビアホール内部の導電層と外側導電薄膜または内側導電薄膜の電気的連結が断絶される。したがって，上記電流遮断手段は，安全ベントと二次保護素子間に電流が流れることを遮断する。
大韓民国特許第１０−０３５７９５０号
しかしながら，従来の電流遮断においては，バーが安全ベントにより破壊されるとともに，ビアホールの内部に形成された導電層が外側導電薄膜または内側導電薄膜から全く分離されなければならないが，導電層が銅などの軟性金属から形成されるため，導電層が完全に分離されない問題が発生する。すなわち，バーが破壊されても，導電層が軟性により伸び，外側導電薄膜および内側導電薄膜から完全に分離されずに連結されるため，外側導電薄膜と内側導電薄膜が電気的に分離されない。したがって，二次電池の反応が引き続き進行して二次電池が爆発する可能性が増加する問題がある。
また，従来の電流遮断手段は，単に二次電池の内圧により安全ベントの突出部が反転される場合にだけ作動するので，二次電池の内部で熱のみ発生する場合は，温度に反応する別途の二次保護素子を装着しなければ，二次電池の電流を遮断することができない問題点がある。
そこで，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，バイメタルを含み，二次電池の異常作動の際，二次電池の内部で発生する内圧または熱により作動して電流の流れを遮断する電流遮断手段を備えることにより，リチウム二次電池の安定性を向上させたリチウム二次電池を提供することにある。
上記課題を解決するために，本発明に係るリチウム二次電池の代表的な構成は、端子外装をなすキャップアップと，内側に突出し電池の内部圧力により外側に変形する突出部を有する安全ベントと，上記安全ベントの外側に装着される電流遮断手段とを備えるキャップ組立体を含むリチウム二次電池において：上記電流遮断手段は，導電金属からなる外側リングと；上記突出部の外側を横切り，基端が上記外側リングに結合され，先端が上記安全ベントの外面電気的に接触されるバイメタルと；を含み，上記二次電池は，上記安全ベントの突出部に相応する大きさに形成され，上記突出部の外側に位置する絶縁板と；上記絶縁板の外縁から所定距離だけ離隔され，上記安全ベントと上記外側リングとの間に所定高さに形成される絶縁リングと；を含むことを特徴とする。
上記バイメタルは，上記安全ベントの突出部が変形する圧力より小さい圧力で変形するように形成されていてもよい。また上記バイメタルは，０．１〜２．０ｍｍの厚さを有することでもよい。
上記バイメタルは，バイメタル外板と，上記バイメタル外板より膨張係数の高い金属からなるバイメタル内板とを含んでいてもよい。上記バイメタル外板は，ニッケルと鉄の合金からなることでもよい。
上記バイメタル内板は，銅と亜鉛の合金，ニッケルとマンガンまたは鉄の合金，ニッケルとクロムと鉄の合金，およびニッケルとマンガンと銅の合金のいずれか一つからなることでもよい。
上記バイメタルは，５０〜１５０℃で作動するように形成されていてもよい。若しくは、上記バイメタルは，９０〜１２０℃で作動するように形成されていてもよい。
上記バイメタルは上記外側リングの内径より長く形成され，上記バイメタルの先端部外面は上記外側リングの内面から所定距離だけ離隔され，上記バイメタルの上昇の際，上記外側リングの内面に所定領域が接触するように形成されていてもよい。
上記バイメタルは，上記先端部外面と上記外側リングの内面との間の距離が上記安全ベントの突出部が反転して突出するときの高さより大きいように，上記バイメタルの基端部内面と先端部内面の高さが設定されていてもよい。
上記バイメタルは，上記安全ベントの外面と接触する先端部に，所定領域が水平に形成される水平部を含んでいてもよい。
上記バイメタルは，上記外側リングに結合される基端の幅より先端の幅が大きく形成されていてもよい。
上記バイメタルの内面には，上記バイメタルを構成する金属より電気抵抗の低い金属から形成され，基端部が上記外側リングに連結され，先端部が上記安全ベントの外面に接触する導電薄膜がさらに形成されていてもよい。
上記導電薄膜は，銅，アルミニウム，銀，またはニッケルのいずれか一種から形成されていてもよい。
上記導電薄膜は，上記バイメタルの厚さより薄く形成されていてもよい。
上記電流遮断手段は，平面上で重なる上記バイメタルの先端部外面と上記外側リングの内面との間に結合される弾性体をさらに含んでいてもよい。
上記弾性体は，圧縮圧力が上記バイメタルの変形圧力より小さいように形成されていてもよい。
上記弾性体は，導電金属からなる板バネまたはコイルバネから形成されていてもよい。
上記バイメタルの内面または外面に薄板のＰＴＣセラミック素子層をさらに含んでいてもよい。
上記ＰＴＣセラミック素子層はチタン酸バリウム系の材質から形成されていてもよい。
上記電流遮断手段は，所定形状の熱収縮フィルムから形成され，基端部が上記外側リングと上記絶縁リングとの間に固定され，上記バイメタルが上記安全ベントに接触するように，所定形状の切開部を有し，リチウム二次電池の温度上昇の際，固定された基端部を基準として収縮して上記バイメタルと上記安全ベントを互いに絶縁させる収縮フィルムをさらに含んでいてもよい。
上記収縮フィルムは，“Ｌ”，“コ”，“ロ”，“Ｏ”字形のいずれか一形状に形成されていてもよい。
上記収縮フィルムは，９０〜１５０℃の温度で初期大きさの２５〜７５％に収縮する熱収縮フィルムからなることでもよい。
上記バイメタルは，その長さが上記外側リングの内径より短く形成され，先端部が上記外側リングの内面より高く上昇するように形成されていてもよい。
上記バイメタルは，上記安全ベントの外面に接触する所定領域が水平に形成されていてもよい。
上記バイメタルは，基端部の外面または内面が上記外側リングの外面または内面に結合されていてもよい。
上記絶縁板は，上記安全ベントの突出部の外面に接着されていてもよい。若しくは、上記絶縁板は，上記突出部に相応する上記バイメタルの内面領域に接着されていてもよい。
上記絶縁板は，ＰＰ，ＰＩ，ＰＰＳ，またはＮｙｌｏｎ６６のいずれかを材質とする絶縁テープからなることでもよい。
上記絶縁リングは，上記外側リングに対応する外径，および上記バイメタルの先端部から所定距離だけ離隔される内径を有するように形成されていてもよい。
上記絶縁リングは，上記外側リングの内面と上記バイメタルの先端部内面との間の垂直距離より小さい高さに形成したことでもよい。
上記絶縁リングは，ＰＰ，ＰＩ，ＰＰＳ，またはＮｙｌｏｎ６６のいずれかの材質からなることでもよい。
上記キャップ組立体は，上記安全ベントの外側に結合される二次保護素子をさらに含むことでもよい。上記二次保護素子は，樹脂と炭素粉末の複合材料であるＰＴＣ素子から形成されていてもよい。
本発明によれば、リチウム二次電池のキャップ組立体に使用される電流遮断手段はバイメタルを含んでなるので，二次電池の異常作動の際，二次電池の内部で発生する内圧または熱により作動して電流の流れをより効率よく遮断し，安定性を向上させたリチウム二次電池を提供することができる。
また，本発明によれば，電流遮断手段が熱または内圧により作動するので，電流遮断手段の電流遮断散布を減らし，信頼性を高めることができる効果がある。
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１は本実施形態に係る円筒形リチウム二次電池の断面図，図２は本実施形態に係る円筒形二次電池のキャップ組立体の分解斜視図，図３ａは本実施形態に係る安全ベントの平面図，図３ｂは図３ａのＡ−Ａ線についての断面図，図４ａは本実施形態に係る電流遮断手段の平面図，図４ｂは図４ａのＢ−Ｂ線についての断面図，図５は他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図６はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図７はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図８はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図９はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図１０はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図１１はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図１２はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の断面図，図１３ａはさらに他の実施形態に係る電流遮断手段の平面図，図１３ｂは図１３ａのＣ−Ｃ線についての断面図，図１４は本実施形態に係る電流遮断手段の作用を示すリチウム二次電池の断面図である。
本実施形態に係る円筒形リチウム二次電池１００は，図１に示すように，電極組立体２００と，電極組立体２００および電解液を収容する円筒形ケース３００と，円筒形ケース３００の端部に組み立てられ円筒形ケース３００を密封し，電極組立体２００から発生する電流を外部装置に流れるようにするキャップ組立体４００とを含んでなる。
電極組立体２００は，陽極集電体の表面に陽極活物質がコートされた陽極板２１０と，陰極集電体の表面に陰極活物質がコートされた陰極板２２０と，陽極板２１０と陰極板２２０との間に位置し，陽極板２１０と陰極板２２０を電気的に絶縁させるセパレータ２３０とがゼリーロール状に巻き回されてなる。陽極板２１０は，図面に詳細に示されていないが，導電性に優れた金属薄板，たとえばアルミニウムホイルからなった陽極集電体と，その両面にコートされた陽極活物質層とを含む。陽極板２１０の両端には，陽極活物質層が形成されていない陽極集電体領域，つまり陽極無地部が形成される。陽極無地部の一端には，一般にアルミニウム材質からなり，電極組立体２００の外側に一定長さだけ突出する陽極タブ２１５が接合されている。また，陰極板２２０の両端には，陰極活物質が形成されていない陰極集電体領域，つまり陰極無地部が形成される。陰極無地部の一端には，一般にニッケル材質からなり，電極組立体２００の内側に一定長さだけ突出する陰極タブ２２５が接合されている。さらに，電極組立体２００の両端部には，キャップ組立体４００または円筒形ケース３００との接触を防止するための絶縁プレート２４１，２４５が形成可能である。
円筒形ケース３００は，円筒形電極組立体２００を収容し得る所定空間を有するように，一定直径の円筒形側面板３１０と，円筒形側面板３１０の内側を密閉する内面板３２０とを含んでなり，円筒形側面板３１０の端部は，電極組立体２００の挿入のために，開口されている。円筒形ケース３００の内面板３２０の中央には電極組立体２００の陰極タブ２２５が接合されることにより，円筒形ケース３００そのものは陰極の役割をする。円筒形ケース３００は，一般にアルミニウム，鉄，またはこれらの合金から形成される。さらに，円筒形ケース３００の上端には，端部の開口に結合されるキャップ組立体４００の上部を圧迫するために，上端から内側に曲がってなるクリッピング部３３０（clipping）が形成される。また，円筒形ケース３００には，クリッピング部３３０から内側に，キャップ組立体の厚さに相当する距離だけ離隔した位置に，キャップ組立体４００の内側を圧迫するために，内側に凹んでいるビーディング部３４０（beading）がさらに形成されている。
キャップ組立体４００は，図２に示すように，安全ベント４１０，絶縁板４１５，電流遮断手段４２０，絶縁リング４６０，二次保護素子４８０，およびキャップアップ４９０を含んでなる。本実施形態においては，電流遮断手段４２０が，二次電池の内部で発生する熱によっても電流を遮断することができるので，二次保護素子４８０は場合によって省略可能である。キャップ組立体４００は，外側が別途のガスケットにより結合された後，円筒形ケース３００の端部に組み立てられて円筒形ケース３００を密封し，電極組立体２００で発生する電流を外部装置に伝達することになる。
安全ベント４１０は，図３ａおよび図３ｂに示すように，導電性金属材質の円板の中央に内側に突出した突出部４１２を含んでなる。安全ベント４１０はキャップ組立体４００の内側に位置し，安全ベント４１０の内面には陽極タブ２１５が電気的に連結され，好ましくは突出部４１２に溶接で連結される。安全ベント４１０の突出部４１２は，正常状態では内側に突出しており，リチウム二次電池の過充電，過放電あるいは異常発熱によりリチウム二次電池の内部圧力が増加する場合は，突出部４１２が外側に反転されるように形成される。
絶縁板４１５は，安全ベント４１０の突出部４１２に相当する大きさに形成され，突出部の外側に位置するもので，安全ベント４１０の突出部４１２が反転して外側に突出するとき，電流遮断手段４２０，二次保護素子４８０，およびキャップアップ４９０と電気的に接触することを防止する。絶縁板４１５は，好ましくは絶縁テープからなり，図３ａおよび図３ｂに示すように，安全ベント４１０の突出部４１２の外面に接着される。また，絶縁板４１５は，バイメタル４２４の内面に，突出部４１２に対応する領域に接着できる。したがって，絶縁板４１５は，突出部４１２が外側に突出しても，正常位置を離脱せずに突出部４１２を絶縁させる。絶縁板４１５は，好ましくは，リチウム二次電池に使用される電解液に耐性があり，リチウム二次電池の異常作動時の温度である１１０℃より高い融点を有するＰＰ（polypropylene），ＰＩ（polyimide），ＰＰＳ（polyphenylene sulfide），ナイロン６６（Nylon66）のいずれか一種からなる。
絶縁リング４６０は絶縁物質からなり，安全ベント４１０の外径に相応する外径，バイメタル４２４の先端から所定距離だけ離隔される内経，および所定の厚さを有する環状に形成される。絶縁リング４６０は，安全ベント４１０と電流遮断手段４２０の外側リング４２２との間に介在され，安全ベント４１０と電流遮断手段４２０の外側リング４２２との間で電流が流れることを防止する。絶縁リング４６０は，好ましくは外側リング４２２の内面とバイメタル４２４の先端部内面との間の垂直距離より小さい高さに形成され，バイメタル４２４の先端部が安全ベント４１０の外面に接触するようにする。また，絶縁リング４６０は，リチウム二次電池に使用される電解液に耐性があり，リチウム二次電池の異常作動時の温度である１１０℃より高い融点を有するＰＰ（polypropylene），ＰＩ（polyimide），ＰＰＳ（polyphenylene sulfide），ナイロン６６（Nylon66）のいずれか一種からなる。
二次保護素子４８０は，安全ベント４１０の外径に相応する外径，および所定の幅を有する環状に形成され，電流遮断手段４２０の外側に結合され，リチウム二次電池の温度が増加すると，電流の流れを遮断する。二次保護素子４８０は，好ましくは，ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子を使用する。ＰＴＣ素子は，樹脂と炭素粉末からなる素子層と，素子層の外面および内面に結合される導電板とからなり，ＰＴＣ素子の温度が増加すると，樹脂層の樹脂が膨張しながら炭素粉末の連結を切って電流を遮断することになる。ＰＴＣ素子としては，セラミック素子が使用可能である。
キャップアップ４９０は，キャップ組立体４００の外側に装着され，リチウム二次電池から発生する電流を外部に通電させる。
電流遮断手段４２０は，図４ａおよび図４ｂに示すように，外側リング４２２およびバイメタル４２４を含んでなり，リチウム二次電池が正常に作動する場合は，バイメタル４２４が安全ベント４１０の外面と接触して，電流を二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０に通電させる。しかし，リチウム二次電池に異常が発生した場合は，バイメタル４２４が作動して，安全ベント４１０から二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０に流れる電流を遮断させる。
外側リング４２２は，安全ベント４１０に相応する外径および突出部４１２より大きい内経と，所定の幅とを有する環状に形成される。外側リング４２２は，少なくとも二次保護素子４８０に相応する大きさの環状に形成される。外側リング４２２は導電金属からなり，バイメタル４２４を介して流れる電流を二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０に通電させる。
バイメタル４２４は，熱膨張係数の違い二枚の金属板が板状に結合されてなり，安全ベント４１０の突出部４１２を横切り，基端は外側リング４２２に結合され，先端部は外側リング４２２から所定距離だけ離隔され，安全ベント４１０の外側に電気的に接触するように形成される。すなわち，バイメタル４２４は，基端が外側リング４２２に結合され，先端は外側リング４２２より内側に位置して安全ベント４１０の外面に接触するように形成される。したがって，バイメタル４２４は，安全ベント４１０に流れる電流を外側リング４２２を介して二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０に伝達する。
バイメタル４２４は，金属材質のバイメタル外板４２５と，バイメタル外板４２５より熱膨張係数の小さい金属材質のバイメタル内板４２６とからなる。バイメタル４２４が加熱されると，熱膨張係数の小さいバイメタル内板４２６が位置する外側に変形される。バイメタル外板４２５は多様な金属板から形成可能であるが，好ましくは鉄とニッケルの合金から形成される。バイメタル内板４２６はバイメタル外板４２５より熱膨張係数の大きい多様な金属板からなるもので，銅と亜鉛の合金，ニッケルとマンガンの合金，ニッケルとクロムと鉄の合金，ニッケルとマンガンと銅の合金などが使用できる。膨張係数の小さい金属３４０ｂとしては，ニッケルと鉄の合金などが使用される。バイメタル４２４は，好ましくは，低温で反応程度が良好なニッケルと鉄の合金で形成されるバイメタル外板４２５と，ニッケルとマンガンと鉄の合金から形成されるバイメタル内板４２６とが接合されてなる。したがって，バイメタル４２４は，二次電池の内部で発生する熱が伝達されると，外側に変形され，バイメタル４２４の先端部が安全ベント４１０の外面から分離されることにより，安全ベント４１０から流れる電流を遮断することになる。
また，バイメタル４２４は５０〜１５０℃で作動するように形成されるが，好ましくは９０〜１２０℃で作動するように形成されることが好ましい。一般に，リチウム二次電池は正常状態では５０℃以下で作動するので，バイメタル４２４はリチウム二次電池が異常作動し始める温度である５０℃以上で作動することが好ましい。また，リチウム二次電池の内部温度が１５０℃以上となると，リチウム二次電池が爆発するので，バイメタル４２４が１５０℃でも使用可能であるように形成することは意味がない。
また，バイメタル４２４は突出部４１２の外側を横切るように形成されるので，リチウム二次電池の異常作動により電池の内部に圧力が発生する場合，外側に突出する安全ベント４１０の突出部４１２により外側に押し上げられる。したがって，バイメタル４２４の先端部が安全ベント４１０の外面から分離され，電流の流れを遮断することになる。すなわち，バイメタル４２４は，リチウム二次電池の内部に圧力が発生するときに作動して電流の流れを遮断することになる。したがって，バイメタル４２４は，突出部４１２の変形圧力より小さい圧力によっても変形されるように形成しなければならない。また，バイメタル４２４は，バイメタル４２４の先端部外面と外側リング４２２の内面間の距離が，安全ベント４１０の突出部４１２が二次電池の内部圧力により外側に突出したときの高さより大きいように，バイメタル４２４の基端部内面と先端部内面の高さを設定することが好ましい。
また，バイメタル４２４は，好ましくは，総厚さが０．１ｍｍ〜２．０ｍｍに形成される。バイメタル４２４の厚さが０．１ｍｍより小さくなると，バイメタル４２４の変形状態を維持し難いので，安全ベント４１０との接触が不安になり得る。また，バイメタル４２４の総厚さが２．０ｍｍより大きくなると，温度による作動が敏感になる。
バイメタル４２４は，好ましくは，外側リング４２２の内経より長く形成され，先端部外面は外側リング４２２の内面から所定距離だけ離隔しているので，バイメタル４２４が外側に変形されるとき，外側リング４２２の内面に所定領域が接触するように形成される。また，バイメタル４２４は，先端部外面と外側リング４２２の内面間の垂直距離が，安全ベント４１０の突出部４１２が反転されるときに突出する高さより大きく形成される。したがって，安全ベント４１０の突出部４１２が外側に突出してバイメタル４２４を押し上げても，バイメタル４２４が外側リング４２２の外側から外れて二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０と接触することを防止する。すなわち，突出部４１２の外側に形成された絶縁板４１５が損傷する場合にも，安全ベント４１０で流れる電流がバイメタル４２４を介して二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０に流れることを防止する。
バイメタル４２４は，図４ａおよび図４ｂに示すように，その内面に絶縁板４１５が付着できる。すなわち，絶縁板４１５は安全ベント４１０の突出部４１２の外面に形成されずにバイメタル４２４の内面に形成できる。また，絶縁板４１５は，安全ベント４１０の突出部４１２とバイメタル４２４の内面にともに付着されることもできる。ただし，絶縁板４１５がバイメタル４２４の内面に形成される場合は，突出部４１２に相応する面積に形成することにより，バイメタル４２４と安全ベント４１０が接触することを防いではいけない。
図５は他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ａは，図５に示すように，バイメタル４２４ａの先端部の所定領域がほぼ水平部ａをなすように形成される。すなわち，安全ベント４１０の外面と接触するバイメタル４２４ａの先端部の所定領域をほぼ水平に形成して，バイメタル４２４ａと安全ベント４１０の接触を容易にする。したがって，バイメタル４２４ａの内面と安全ベント４１０の外面間の接触面積が増加することにより，電気抵抗が減少し，二次電池の内部で発生する熱がより迅速に伝達され，バイメタル４２４ａの反応速度が速くなる。
図６はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｂは，図６に示すように，バイメタル４２４ｂの基端部の幅が先端部の幅より小さく形成される。すなわち，バイメタル４２４ｂは，外側リング４２２に結合される基端部の幅より，安全ベント４１０の外面と接触する先端部の幅が大きく形成される。したがって，バイメタル４２４ｂの内面と安全ベント４１０の外面間の接触面積が増加することにより，電気抵抗が減少し，二次電池の内部で発生する熱がより迅速に伝達され，バイメタル４２４ｂの反応速度が速くなる。
図７はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｃは，図７に示すように，バイメタル４２４の内面に別途の導電薄膜４３０が付着されてなる。導電薄膜４３０はバイメタル４２４の内面に結合され，基端部は外側リング４２２に結合され，先端部の内面は安全ベント４１０の外面に接触する。導電薄膜４３０は，好ましくは，バイメタル４２４に相応する大きさに形成される。導電薄膜４３０はバイメタル４２４の電気抵抗より低い電気抵抗を有する金属から形成されるが，好ましくは，銅，アルミニウム，銀，ニッケルのいずれか一種から形成される。バイメタル４２４は合金から形成されて電気抵抗が高くなるため，電気抵抗の低い導電薄膜をバイメタル４２４にさらに形成して電流が流れるようにすることにより，電気抵抗による損失を最小化することができる。導電薄膜４３０は，好ましくは，バイメタル４２４の厚さより小さい厚さを有するように形成することにより，バイメタル４２４の温度に対する反応速度が遅くなることを防止する。
図８はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｄは，図８に示すように，バイメタル４２４の内面に結合されるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）セラミック素子層４４０をさらに含む。ＰＴＣセラミック素子層４４０は，好ましくは，チタン酸バリウム系を含むセラミック素子から形成される。ＰＴＣセラミック素子層４４０は，温度が増加するに従い自体電気抵抗が増加して熱を発生し，バイメタル４２４の反応速度を速くする。すなわち，ＰＴＣセラミック素子層４４０の温度が上昇することにより発生する熱により，バイメタル４２４の温度がより速やかに上昇するので，バイメタル４２４の作動速度が速くなる。一般に，リチウム二次電池が正常に作動しない初期には，バイメタル４２４が作動するための温度までリチウム二次電池の内部温度が上昇するのに所定時間がかかる。したがって，その時間中にはリチウム二次電池に電気が流れて電極組立体および保護回路に影響を与え，リチウム二次電池の寿命を短縮させる。しかし，ＰＴＣセラミック素子層４４０は，温度の上昇につれて速く抵抗熱を発生させ，バイメタル４２４の温度を早期に上昇させることにより，バイメタル４２４が短時間に作動するようにする。したがって，リチウム二次電池に電気が流れる時間を最小化することにより，二次電池の電極組立体および保護回路の損傷を防止し，二次電池の寿命短縮を防止することになる。ＰＴＣセラミック素子層４４０は，バイメタル４２４の外面または中間にも形成可能である。ＰＴＣセラミック素子層４４０の電気抵抗がバイメタル４２４の電気抵抗より高い場合は，バイメタル４２４が安全ベント４１０の外面と接触する部分にはＰＴＣセラミック素子層４４０を形成しないか，あるいは別途の導電薄膜を形成することもできる。
図９はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｅは，図９に示すように，バイメタル４２４の外面と外側リング４２２の内面との間に別途の弾性体４５０を含む。弾性体４５０は，バイメタル４２４の先端部の外側に一定の力を付勢することにより，バイメタル４２４の先端部が安全ベント４１０の外面に確かに電気的に接触するようにする。弾性体４５０は，好ましくは，導電体からなる。安全ベント４１０で流れる電流が弾性体４５０を介して外側リング４２２に流れると，電流遮断手段４２０ｅの電気抵抗が減少する。弾性体４５０は，好ましくは，導電金属からなった板バネまたはコイルバネから形成される。ただし，弾性体４５０は，バイメタル４２４の温度による変形圧力，および安全ベント４１０の突出部４１２の変形圧力より小さい圧力により圧縮される圧縮圧力を有するように形成しなければならない。
図１０はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｆは，図１０に示すように，バイメタル４２４ｆが外側リング４２２の内経より短く形成され，突出部４１２を横切って安全ベント４１０の外面に接触するように形成される。したがって，バイメタル４２４ｆが安全ベント４１０の突出部４１２により充分に押し上げられて，確かに電流が遮断される。特に，安全ベント４１０の突出部４１２が絶縁リング４６０の高さ，つまり安全ベント４１０の外面と外側リング４２２の内面の高さより高く形成される場合は，バイメタル４２４ｆが外側リング４２２の外側に充分に押し上げられて，確かに電流が遮断される。この場合にも，安全ベント４１０の外面と接触するバイメタル４２４ｆの部分は水平部ｂをなすように形成することが好ましい。
図１１はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｇは，図１１に示すように，バイメタル４２４ｇの基端部内面が外側リング４２２の外面に結合されている。前述した実施形態においては，バイメタル４２４の基端部が外側リング４２２の内側面に結合されているが，バイメタル４２４の厚さが薄い場合は，その結合が容易でないことがある。したがって，バイメタル４２４ｇは，その厚さによって，外側リング４２２の外面の所定領域に重ねて結合できる。ただし，この場合，バイメタル４２４ｇが二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０と干渉し得るので，外側リング４２２の大きさ，およびバイメタル４２４ｇと重なる面積を調整することが必要である。
図１２はさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｈは，図１２に示すように，バイメタル４２４ｈの基端部外面が外側リング４２２の内面に結合されている。図１１に示す実施形態と同様に，この場合にも，バイメタル４２４ｈが二次保護素子４８０またはキャップアップ４９０と干渉し得るので，外側リング４２２の大きさ，およびバイメタル４２４ｈと重なる面積を調整することが必要である。
図１３ａおよび図１３ｂはさらに他の実施形態に係る電流遮断手段を示す断面図である。
さらに他の実施形態に係る電流遮断手段４２０ｉは，図１３ａおよび図１３ｂに示すように，所定部分に切開部４２８ａが形成され，基端部が外側リング４２２と絶縁リング４６０との間に固定される収縮フィルム４２８を含む。本実施形態において基端部は、バイメタル４２４の先端部近傍に設定している。より詳しく説明すると，収縮フィルム４２８は，９０〜１５０℃の温度で初期長の２５〜７５％に収縮する熱収縮フィルムから形成され，熱収縮フィルムの成分を調整することで，収縮温度および収縮程度を調整する。また，収縮フィルム４２８は，所定部分に形成される切開部４２８ａを介して，外側リング４２２に固定されたバイメタル４２４が安全ベント４１０の外面に接触するようにする。収縮フィルム４２８は，図１３ａに“コ”字形に示されているが，これに限定されるものではなく，“Ｌ”，“ロ”，“Ｏ”字形などの多様な形状に形成できる。この際，切開部４２８ａは，バイメタル４２４が安全ベント４１０の外面に接触するように，収縮フィルムの形状によって所定形状に形成される。
作動異常によりリチウム二次電池の温度が上昇すると，バイメタルが作動してリチウム二次電池の電流の流れを遮断し，リチウム二次電池の温度が正常に戻る。そして，リチウム二次電池の内部温度が正常に戻ると，バイメタル４２４が初期位置に戻り，リチウム二次電池に電流が流れるので，再使用が可能になる。しかし，リチウム二次電池の温度が９０℃以上に上昇した場合には，リチウム二次電池の温度が正常に復帰した後にも再使用ができなくなる。この場合，バイメタルが初期位置に復帰し，リチウム二次電池に電流が流れると，リチウム二次電池は温度の上昇と下降を繰り返し，リチウム二次電池の内部にガスが発生して爆発の可能性がある。
収縮フィルム４２８は，リチウム二次電池の温度が上昇すると，固定された基端部を基準に収縮して切開部４２８ａも収縮し，バイメタル４２４の内側に収縮フィルム４２８が位置して，バイメタル４２４と安全ベント４１０を互いに絶縁させる。したがって，リチウム二次電池にはそれ以上電流が流れないので，リチウム二次電池の安定性が確保される。
図１４は本実施形態に係る電流遮断手段の作用を示す円筒形リチウム二次電池の部分断面図である。
この円筒形リチウム二次電池は，図１４に示すように，円筒形ケース３００の内部に電極組立体２００が収容され，上端の開口には，キャップ組立体４００がガスケット４７０を介して結合されて円筒形ケース３００を密封することになる。すなわち，キャップ組立体４００は，安全ベント４１０，電流遮断手段４２０，二次保護素子４８０，およびキャップアップ４９０が積層されてなり，外側面に結合されるガスケット４７０と共に円筒形ケース３００の端部で上下に圧着されて固定される。前述したように，電流遮断手段４２０は，熱により電流の流れを遮断することができるので，必要によっては，二次保護素子４８０を使用しないこともできる。
円筒形リチウム二次電池が正常の状態においては，安全ベント４１０の内面に結合された陽極タブ２１５を介して，電極組立体２００から発生する電流が安全ベント４１０に流れる。
電流遮断手段４２０は安全ベント４１０の外面に電気的に接触する状態で装着されるので，安全ベント４１０に流れる電流は，安全ベント４１０の外面に接触しているバイメタル４２４の先端部を介して外側リング４２２に流れる。また，二次保護素子４８０は電流遮断手段４２０の外側リング４２２の外側に装着されるので，電流遮断手段４２０と電気的に連結されて電流が流れるようにする。また，キャップアップ４９０は二次保護素子４８０の外側に電気的に連結されることにより，二次保護素子４８０から流れる電流が二次電池の外部に流れるようにする。一方，二次保護素子４８０が使用されない場合は，電流遮断手段４２０からキャップアップ４９０に直接電流が流れる。
しかし，リチウム二次電池が過充電，過放電のように異常作動する場合は，リチウム二次電池の内部にガスが発生し圧力が増加する。リチウム二次電池の内部で発生した圧力により，安全ベント４１０の突出部４１２が外側に変形してバイメタル４２４の内面に接触してバイメタル４２４の内面を加圧することになる。バイメタル４２４は，圧力を受けると，外側に変形し安全ベント４１０の外面から分離することにより，安全ベント４１０から流れる電流を遮断する。また，突出部４１２の外面に絶縁板４１５が形成されているので，突出部４１２とバイメタル４２４間には電流が流れない。したがって，電流遮断手段４２０は，安全ベント４１０から流れる電流を遮断する。
また，リチウム二次電池の過充電，過放電のような異常作動により，リチウム二次電池の温度が増加する場合は，バイメタル４２４の温度が上昇し，バイメタル４２４の外板と内板の熱膨張係数の差によりバイメタル４２４が外側に変形される。すなわち，バイメタル４２４は，外側リング４２２に結合された基端部を基準として先端部が外側に変形される。したがって，バイメタル４２４の先端部が安全ベント４１０の外面から分離されることにより，安全ベント４１０から流れる電流を遮断することになる。
また，電流遮断手段４２０の外側に結合される二次保護素子４８０も，リチウム二次電池の内部で発生する熱により電流を遮断するので，電流を二重に遮断することができる。
したがって，キャップ組立体４００は，リチウム二次電池の内部でガスが発生して内圧が増加する場合，あるいは内部温度が上昇する場合，電流遮断手段４２０の作用により全体的に電流が流れなくなり，リチウム二次電池はそれ以上の反応を進行しないので，リチウム二次電池の安定性を確保することができる。
実施形態においては，円筒形リチウム二次電池について説明したが，円筒形でないリチウム二次電池にも使用可能である。また，リチウム二次電池でないほかの種類の二次電池にも使用可能である。
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことはいうまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は，二次電池の異常作動の際，二次電池の内部で発生する内圧または熱により作動して電流の流れを遮断する電流遮断手段を備えることにより，リチウム二次電池の安定性を向上させるリチウム二次電池に適用可能である。
１００ 円筒形リチウム二次電池
２００ 電極組立体
３００ 円筒形ケース
４００ キャップ組立体
４１０ 安全ベント
４１２ 突出部
４１５ 絶縁板
４２０，４２０ａ〜４２０ｉ 電流遮断手段
４２２ 外側リング
４２４，４２４ａ，４２４ｂ，４２４ｃ，４２４ｆ，４２４ｇ，４２４ｈ バイメタル
４２５ バイメタル外板
４２６ バイメタル内板
４２８ 収縮フィルム
４３０ 導電薄膜
４４０ ＰＴＣセラミック素子層
４５０ 弾性体
４６０ 絶縁リング
４８０ 二次保護素子
４９０ キャップアップ
２００ 電極組立体
３００ 円筒形ケース
４００ キャップ組立体
４１０ 安全ベント
４１２ 突出部
４１５ 絶縁板
４２０，４２０ａ〜４２０ｉ 電流遮断手段
４２２ 外側リング
４２４，４２４ａ，４２４ｂ，４２４ｃ，４２４ｆ，４２４ｇ，４２４ｈ バイメタル
４２５ バイメタル外板
４２６ バイメタル内板
４２８ 収縮フィルム
４３０ 導電薄膜
４４０ ＰＴＣセラミック素子層
４５０ 弾性体
４６０ 絶縁リング
４８０ 二次保護素子
４９０ キャップアップ
Claims (33)
- 端子外装をなすキャップアップと，内側に突出し電池の内部圧力により外側に変形する突出部を有する安全ベントと，前記安全ベントの外側に装着される電流遮断手段とを備えるキャップ組立体を含むリチウム二次電池において：
前記電流遮断手段は，
導電金属からなる外側リングと；
前記突出部の外側を横切り，基端が前記外側リングに結合され，先端が前記安全ベントの外面に電気的に接触されるバイメタルと；を含み，
前記二次電池は，
前記安全ベントの突出部に相応する大きさに形成され，前記突出部の外側に位置する絶縁板と；
前記絶縁板の外縁から所定距離だけ離隔され，前記安全ベントと前記外側リングとの間に所定高さに形成される絶縁リングと；を含み，
前記バイメタルは前記外側リングの内径より長く形成され，前記バイメタルの先端部外面は前記外側リングの内面から所定距離だけ離隔され，前記バイメタルの上昇の際，前記外側リングの内面に所定領域が接触するように形成されることを特徴とする，リチウム二次電池。 - 端子外装をなすキャップアップと，内側に突出し電池の内部圧力により外側に変形する突出部を有する安全ベントと，前記安全ベントの外側に装着される電流遮断手段とを備えるキャップ組立体を含むリチウム二次電池において：
前記電流遮断手段は，
導電金属からなる外側リングと；
前記突出部の外側を横切り，基端が前記外側リングに結合され，先端が前記安全ベントの外面に電気的に接触されるバイメタルと；を含み，
前記二次電池は，
前記安全ベントの突出部に相応する大きさに形成され，前記突出部の外側に位置する絶縁板と；
前記絶縁板の外縁から所定距離だけ離隔され，前記安全ベントと前記外側リングとの間に所定高さに形成される絶縁リングと；を含み，
前記バイメタルは，その長さが前記外側リングの内径より短く形成され，前記バイメタルの先端部は，前記バイメタルの上昇の際，前記外側リングの内面より高く上昇するように形成されることを特徴とする，リチウム二次電池。 - 前記バイメタルは，前記安全ベントの突出部が変形する圧力より小さい圧力で変形するように形成されることを特徴とする，請求項１または請求項２に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，０．１〜２．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする，請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，バイメタル外板と，前記バイメタル外板より膨張係数の高い金属からなるバイメタル内板とを含んでなることを特徴とする，請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタル外板は，ニッケルと鉄の合金からなることを特徴とする，請求項５に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタル内板は，銅と亜鉛の合金，ニッケルとマンガンまたは鉄の合金，ニッケルとクロムと鉄の合金，およびニッケルとマンガンと銅の合金のいずれか一つからなることを特徴とする，請求項５に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，５０〜１５０℃で作動するように形成されることを特徴とする，請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，９０〜１２０℃で作動するように形成されることを特徴とする，請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，前記先端部外面と前記外側リングの内面との間の距離が前記安全ベントの突出部が反転して突出するときの高さより大きいように，前記バイメタルの基端部内面と先端部内面の高さが設定されることを特徴とする，請求項１に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，前記安全ベントの外面と接触する先端部に，所定領域が水平に形成される水平部を含むことを特徴とする，請求項１または請求項１０に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，前記外側リングに結合される基端の幅より先端の幅が大きく形成されることを特徴とする，請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルの内面には，前記バイメタルを構成する金属より電気抵抗の低い金属から形成され，基端部が前記外側リングに連結され，先端部が前記安全ベントの外面に接触する導電薄膜がさらに形成されることを特徴とする，請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記導電薄膜は，銅，アルミニウム，銀，またはニッケルのいずれか一種から形成されることを特徴とする，請求項１３に記載のリチウム二次電池。
- 前記導電薄膜は，前記バイメタルの厚さより薄く形成されることを特徴とする，請求項１３または請求項１４に記載のリチウム二次電池。
- 前記電流遮断手段は，平面上で重なる前記バイメタルの先端部外面と前記外側リングの内面との間に結合される弾性体をさらに含むことを特徴とする，請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記弾性体は，圧縮圧力が前記バイメタルの変形圧力より小さいように形成されることを特徴とする，請求項１６に記載のリチウム二次電池。
- 前記弾性体は，導電金属からなる板バネまたはコイルバネから形成されることを特徴とする，請求項１６または請求項１７に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルの内面または外面に薄板のＰＴＣセラミック素子層をさらに含むことを特徴とする，請求項１に記載のリチウム二次電池。
- 前記ＰＴＣセラミック素子層はチタン酸バリウム系の材質から形成されることを特徴とする，請求項１９に記載のリチウム二次電池。
- 前記電流遮断手段は，
所定形状の熱収縮フィルムから形成され，基端部が前記外側リングと前記絶縁リングとの間に固定され，前記バイメタルが前記安全ベントに接触するように，所定形状の切開部を有し，リチウム二次電池の温度上昇の際，固定された基端部を基準として収縮して前記バイメタルと前記安全ベントを互いに絶縁させる収縮フィルムをさらに含むことを特徴とする，請求項１または請求項２に記載のリチウム二次電池。 - 前記収縮フィルムは，“Ｌ”，“コ”，“ロ”，“Ｏ”字形のいずれか一形状に形成されることを特徴とする，請求項２１に記載のリチウム二次電池。
- 前記収縮フィルムは，９０〜１５０℃の温度で初期大きさの２５〜７５％に収縮する熱収縮フィルムからなることを特徴とする，請求項２１または請求項２２に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，前記安全ベントの外面に接触する所定領域が水平に形成されることを特徴とする，請求項２に記載のリチウム二次電池。
- 前記バイメタルは，基端部の外面または内面が前記外側リングの外面または内面に結合されることを特徴とする，請求項１〜請求項２４のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記絶縁板は，前記安全ベントの突出部の外面に接着されることを特徴とする，請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記絶縁板は，前記突出部に相応する前記バイメタルの内面領域に接着されることを特徴とする，請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記絶縁板は，ＰＰ，ＰＩ，ＰＰＳ，またはＮｙｌｏｎ６６のいずれかを材質とする絶縁テープからなることを特徴とする，請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記絶縁リングは，前記外側リングに対応する外径，および前記バイメタルの先端部から所定距離だけ離隔される内径を有するように形成されることを特徴とする，請求項１〜請求項２８のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記絶縁リングは，前記外側リングの内面と前記バイメタルの先端部内面との間の垂直距離より小さい高さに形成したことを特徴とする，請求項１〜請求項２９のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記絶縁リングは，ＰＰ，ＰＩ，ＰＰＳ，またはＮｙｌｏｎ６６のいずれかの材質からなることを特徴とする，請求項１〜請求項３０のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記キャップ組立体は，前記安全ベントの外側に結合される二次保護素子をさらに含むことを特徴とする，請求項１〜請求項３１のいずれか１項に記載のリチウム二次電池。
- 前記二次保護素子は，樹脂と炭素粉末の複合材料であるＰＴＣ素子から形成されることを特徴とする，請求項３２に記載のリチウム二次電池。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040093251A KR100614377B1 (ko) | 2004-11-15 | 2004-11-15 | 리튬 이차전지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006147564A JP2006147564A (ja) | 2006-06-08 |
| JP4391467B2 true JP4391467B2 (ja) | 2009-12-24 |
Family
ID=36574661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005329451A Active JP4391467B2 (ja) | 2004-11-15 | 2005-11-14 | リチウム二次電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7601455B2 (ja) |
| JP (1) | JP4391467B2 (ja) |
| KR (1) | KR100614377B1 (ja) |
| CN (1) | CN100424915C (ja) |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100760757B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2007-09-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차전지 |
| KR100778977B1 (ko) * | 2006-01-18 | 2007-11-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 원통형 리튬 이차전지 |
| US7763375B2 (en) * | 2006-05-24 | 2010-07-27 | Eveready Battery Company, Inc. | Current interrupt device for batteries |
| JP2009543293A (ja) * | 2006-06-27 | 2009-12-03 | ボストン−パワー，インコーポレイテッド | リチウムイオンセル用一体型電流遮断デバイス |
| KR100899282B1 (ko) | 2006-07-18 | 2009-05-27 | 주식회사 엘지화학 | 열수축 튜브를 이용한 안전 스위치 및 이를 포함하고 있는이차전지 |
| US20080254343A1 (en) * | 2007-04-16 | 2008-10-16 | Eveready Battery Company, Inc. | Electrochemical cell with thermal current interrupting switch |
| KR101521158B1 (ko) | 2007-06-22 | 2015-05-18 | 보스톤-파워, 인크. | 리튬－이온 전지에 대한 ｃｉｄ 보유 장치 |
| KR100922351B1 (ko) * | 2007-10-02 | 2009-10-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| US8642195B2 (en) * | 2008-12-19 | 2014-02-04 | Boston-Power, Inc. | Modular CID assembly for a lithium ion battery |
| US9246140B2 (en) * | 2009-07-09 | 2016-01-26 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable battery with a cap assembly having a first tab located outside of the case |
| US8877361B2 (en) * | 2009-09-01 | 2014-11-04 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable battery |
| KR20110029061A (ko) * | 2009-09-14 | 2011-03-22 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지 |
| WO2011115392A2 (ko) * | 2010-03-17 | 2011-09-22 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지 |
| US9263724B2 (en) * | 2009-10-12 | 2016-02-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack |
| US8420257B2 (en) * | 2009-10-13 | 2013-04-16 | Lg Chem, Ltd. | Cap assembly comprising gasket prevented from sagging |
| KR101097255B1 (ko) * | 2009-11-30 | 2011-12-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| KR101165514B1 (ko) * | 2010-01-27 | 2012-07-16 | 에스비리모티브 주식회사 | 이차 전지 |
| US8748030B2 (en) | 2010-06-09 | 2014-06-10 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Secondary battery |
| US9478774B2 (en) | 2010-12-02 | 2016-10-25 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable battery |
| KR101274806B1 (ko) | 2011-07-26 | 2013-06-13 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | 이차 전지 |
| US9634299B2 (en) | 2011-09-06 | 2017-04-25 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable battery |
| KR101683210B1 (ko) | 2011-11-17 | 2016-12-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| KR101348218B1 (ko) | 2012-02-02 | 2014-01-07 | 주식회사 엘지화학 | 열수축 부재를 포함하는 이차전지 |
| US9324976B2 (en) | 2012-02-21 | 2016-04-26 | Johnson Controls Technology Company | Electrochemical cell having a fixed cell element |
| JP5920620B2 (ja) * | 2012-04-20 | 2016-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 密閉型二次電池 |
| KR101968345B1 (ko) * | 2012-08-28 | 2019-04-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| KR101918778B1 (ko) * | 2012-11-07 | 2018-11-14 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 이차전지 |
| KR101970651B1 (ko) * | 2015-07-01 | 2019-04-22 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지 |
| KR102093386B1 (ko) * | 2016-06-22 | 2020-03-25 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지 및 이차 전지의 전류 차단 방법 |
| WO2018026848A1 (en) | 2016-08-01 | 2018-02-08 | Johnson Controls Technology Company | Overcharge protection systems for prismatic lithium ion battery cells with biased packaging |
| US11233289B2 (en) | 2016-08-01 | 2022-01-25 | Cps Technology Holdings Llc | Weldable aluminum terminal pads of an electrochemical cell |
| US10938017B2 (en) | 2016-08-01 | 2021-03-02 | Cps Technology Holdings Llc | Overcharge protection assembly for a battery cell |
| WO2018030679A1 (en) * | 2016-08-11 | 2018-02-15 | Shin Heung Energy & Electronic Co.,Ltd. | Cap assembly for preventing electrical shorting and secondary battery including the same |
| KR102293970B1 (ko) * | 2017-03-07 | 2021-08-27 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 바이메탈로 이루어진 전류 차단 부재를 포함하는 캡 어셈블리 |
| KR102263423B1 (ko) | 2017-03-23 | 2021-06-11 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 안전벤트의 이탈을 방지하는 가이드 부재를 포함하는 캡 어셈블리 |
| KR102522701B1 (ko) | 2018-05-17 | 2023-04-18 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 이차 전지 |
| US20230163406A1 (en) * | 2021-11-23 | 2023-05-25 | Polestar Performance Ab | Mechanical vent for battery pack |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05205727A (ja) * | 1992-01-30 | 1993-08-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 密閉電池の安全装置 |
| KR960027032A (ko) * | 1994-12-29 | 1996-07-22 | 윤종용 | 전지의 과충전 방지장치 및 이를 이용한 니켈 수소전지 |
| US5691073A (en) * | 1996-04-10 | 1997-11-25 | Duracell Inc. | Current interrupter for electrochemical cells |
| JP3380693B2 (ja) * | 1996-11-29 | 2003-02-24 | 松下電器産業株式会社 | 電池用防爆封口板の製造方法 |
| JPH10261400A (ja) | 1997-03-19 | 1998-09-29 | Hitachi Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JPH10326610A (ja) | 1997-05-27 | 1998-12-08 | Hitachi Ltd | 非水電解液二次電池 |
| JP3351392B2 (ja) * | 1999-06-09 | 2002-11-25 | ソニー株式会社 | 密閉型電池 |
| JP2004103250A (ja) | 2002-09-04 | 2004-04-02 | Alps Electric Co Ltd | 安全装置及びこれを備えた電気装置 |
-
2004
- 2004-11-15 KR KR1020040093251A patent/KR100614377B1/ko active IP Right Grant
-
2005
- 2005-11-14 JP JP2005329451A patent/JP4391467B2/ja active Active
- 2005-11-14 US US11/272,094 patent/US7601455B2/en active Active
- 2005-11-15 CN CNB2005101232647A patent/CN100424915C/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006147564A (ja) | 2006-06-08 |
| US7601455B2 (en) | 2009-10-13 |
| KR20060054635A (ko) | 2006-05-23 |
| CN1776937A (zh) | 2006-05-24 |
| US20060121336A1 (en) | 2006-06-08 |
| KR100614377B1 (ko) | 2006-08-21 |
| CN100424915C (zh) | 2008-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4391467B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
| US7205068B2 (en) | Electric battery assembly and method of manufacture | |
| JP4245663B2 (ja) | 電気化学電池の電流遮断装置 | |
| US7611797B2 (en) | Lithium secondary battery with safety device | |
| EP0907974B1 (en) | Current interrupter for electrochemical cells | |
| US5879832A (en) | Current interrupter for electrochemical cells | |
| JP4187685B2 (ja) | 二次電池 | |
| US8993141B2 (en) | Cap assembly and secondary battery using the same | |
| KR100324863B1 (ko) | 밀폐형전지용방폭실링판및그제조방법 | |
| US10673029B2 (en) | High power secondary battery | |
| JP2004356086A (ja) | 二次電池 | |
| KR20180018279A (ko) | 전기적 단락을 방지하는 캡조립체 및 그를 포함하는 이차전지 | |
| JPH08236102A (ja) | 電気化学素子 | |
| JP2000323114A (ja) | 密閉電池 | |
| JPH10247483A (ja) | 密閉型電池の安全構造 | |
| KR100579400B1 (ko) | 리튬 이차전지 | |
| KR100551050B1 (ko) | 형상기억합금에 의한 이차 전지의 캡 조립체 | |
| KR101243529B1 (ko) | 리튬 이차전지 | |
| JPH1186819A (ja) | 密閉型電池の安全構造 | |
| WO2000062357A1 (en) | Safety device for enclosed cell and enclosed cell comprising the same | |
| JPH11238494A (ja) | 密閉型電池用封口装置 | |
| JP2002117823A (ja) | 密閉型電池の安全装置及びそれを用いた密閉型電池 | |
| JPH1021892A (ja) | 密閉型電池用防爆封口板およびその製造方法 | |
| RU2195749C2 (ru) | Узел торцевой заглушки для гальванического элемента и гальванический элемент | |
| MXPA98008383A (es) | Interruptor de corriente para celdas electroquimicas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090526 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090820 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20090820 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090915 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091007 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121016 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4391467 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131016 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |